靳鵬博

（冀中能源股份有限公司 邢東礦，河北 邢臺 054000）

1 概 況

邢東礦井田位于河北省邢臺市東北約4 km 處，東距京深高速公路3.2 km，西部毗鄰市區(qū)，地理位置優(yōu)越。邢東礦采用立井多水平開拓方式，礦井分為-760 和-980 兩個水平，其中-760 水平分為1100 采區(qū)和1200 采區(qū)；-980 水平分為2100 采區(qū)和2200 采區(qū)，目前該水平無采掘生產(chǎn)活動。礦井采用中央并列式通風方式，副井進風，主井回風，-760 軌道大巷、管子道、分揀硐室為礦井主要進風大巷，-760 皮帶大巷、-760 回風巷為礦井主要回風大巷；上下兩水平間由4 條暗斜井連通（進風斜井、副暗斜井、主暗斜井、回風斜井），構(gòu)成“兩進兩回”通風系統(tǒng)。邢東礦為低瓦斯礦井，瓦斯絕對涌出量為4.51 m3/min，相對涌出量為2.33 m3/t；邢東礦開采的2 號煤層為II 類自燃煤層，最短自然發(fā)火期為54 d，煤塵具有爆炸性。

2 現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)及存在的問題

目前邢東礦安裝有重慶科技技術(shù)研究院生產(chǎn)的KJ90NB 安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)1 套，共安裝分站17臺，各類傳感器及斷電控制器近180 臺，目前系統(tǒng)采用總接線傳輸接口方式進行監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸，傳感器采用電流信號方式進行輸出。系統(tǒng)于2012 年安裝使用，已經(jīng)運行多年，部分設(shè)備老化嚴重，功能不齊全，并出現(xiàn)了以下問題。

（1）煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)可靠性差。

現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)還采用主副式通信傳輸結(jié)構(gòu)，雖然已有光纖環(huán)網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)，但其分支仍采用主從式結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)傳輸效率低，經(jīng)常性出現(xiàn)傳感器中斷現(xiàn)象，無法實現(xiàn)設(shè)備間互聯(lián)互控、區(qū)域危險快速控制。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備數(shù)字化程度不高。

目前在用的傳感器采用模擬量傳輸技術(shù)，從而導致傳感器與分站雙向傳輸數(shù)據(jù)以及工作狀態(tài)識別及故障判斷不能實現(xiàn)，造成監(jiān)測數(shù)據(jù)誤差性比較大。

（3）監(jiān)控系統(tǒng)不具備開放性能。

監(jiān)控系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家依據(jù)自身協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，導致異構(gòu)系統(tǒng)無法接入，多網(wǎng)多系統(tǒng)融合性差。

（4）煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)抗電磁干擾性較差。

井下設(shè)備存放安全性差，監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備經(jīng)常受到磁波干擾，監(jiān)控設(shè)備抗干擾能力差，數(shù)據(jù)經(jīng)常性混亂傳輸，經(jīng)常產(chǎn)生冒大數(shù)、誤報警、誤斷電現(xiàn)象，甚至造成系統(tǒng)癱瘓。

基于以上原因，必須升級改造邢東礦監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)礦井中安全監(jiān)測監(jiān)控更高更多功能的需求，提升邢東礦安全生產(chǎn)保障作用有重大及長遠的意義。

3 安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造

3.1 地面改造工程

地面改造工程中新增2 臺工業(yè)控制機，淘汰原有老化嚴重工控機，并配備工控機抗干擾模塊4 個。

新增2 臺服務器，多系統(tǒng)融合使用，新增2 臺上傳機，淘汰原有2 臺老化嚴重上傳機（上傳軟件維持不變，目前邢東礦往省局上傳軟件為沈陽新元公司的KJ90 上傳軟件），新增UPS 電源1 套，新增地面輸出本安型交換機2 臺，用做光纖轉(zhuǎn)換。

對監(jiān)控系統(tǒng)軟件具有的預警、斷電報警功能進行完善，利用新?lián)Q裝的2 臺上傳機實現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)的遠程實時監(jiān)測及聯(lián)網(wǎng)上傳，并滿足安全監(jiān)控系統(tǒng)主機及聯(lián)網(wǎng)主機雙機熱備份、連續(xù)運行的要求。

3.2 井下全礦井改造工程

根據(jù)國家總局要求，所有煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)都要升級改造，實現(xiàn)數(shù)字化方式傳輸，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)融合，監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備具備抗干擾能力，運行更加穩(wěn)定可靠。為提高傳輸數(shù)據(jù)數(shù)字化、抗干擾能力、系統(tǒng)性能，對分站、傳感器等設(shè)備進行更換。

（1）監(jiān)控分站。目前使用的20 臺監(jiān)控分站，傳感器與分站傳輸方式為電流傳輸，抗干擾能力弱，不符合模擬量傳感器到分站采用數(shù)字化傳輸（抗干擾）的規(guī)定。此次全部更換為支持工業(yè)以太網(wǎng)、RS485、CAN 傳感器采樣與滿足抗干擾要求的監(jiān)控分站，分站通過光纖傳輸方式，將井下實現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心站軟件。

（2）電源箱。目前井下正在工作的電源箱不具備電源信息管理及抗干擾要求，應予以淘汰，全部更換為符合抗干擾要求的電源。

（3）模擬量傳感器。在利用舊系統(tǒng)自帶的傳輸線纜，更換所有傳感器并實現(xiàn)了IP65 的防護等級，實現(xiàn)井下傳感器的全數(shù)字化建設(shè)。

（4）開關(guān)量傳感器及斷電器。將目前使用的所有開關(guān)量傳感器及斷電器全部更換，以達到數(shù)字化改造傳輸?shù)囊蟆?/p>

（5）工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)傳輸平臺。由于目前使用的監(jiān)控系統(tǒng)未使用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)傳輸平臺，巡檢周期及傳輸穩(wěn)定性都達不到相關(guān)要求，需要建設(shè)工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)平臺，并將光纜從不同的井筒進入井下，形成冗余環(huán)網(wǎng)。分別在地面調(diào)度室監(jiān)控中心機房、井底車場變電所、1100 采區(qū)變電所、2200 采區(qū)變電所，這4 個地點設(shè)置環(huán)網(wǎng)交換機，并配置配套的電源箱，光纜直接接入地面調(diào)度室監(jiān)控中心機房核心交換機，敷設(shè)多芯光纖冗余通道，并組成環(huán)網(wǎng)。地面電、光纜與動力、照明電纜共用室外電纜溝及電纜排管敷設(shè)，無電纜溝及電纜排管處，采用電纜穿柵格式塑料管埋地敷設(shè)。井下光纜敷設(shè)主巷道采用幫槽內(nèi)隱藏性鋪設(shè)，其它巷道采用電纜掛鉤方式敷設(shè)。光纖為了保證信號衰減，盡量減少熔接次數(shù)。主干光纖每500 m 要求有20 m 的預留，為熔接預留長度。光纜/電纜敷設(shè)過程中，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，需要做保護光纜/電纜段必須嚴格做保護；環(huán)網(wǎng)均以地面調(diào)度室監(jiān)控中心機房為起點，分別經(jīng)過井下各生產(chǎn)環(huán)節(jié)，最終連接回到監(jiān)控中心機房，組建高速冗余環(huán)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)整個礦井監(jiān)控數(shù)據(jù)的快速傳輸。工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)傳輸平臺如圖1 所示。

圖1 邢東礦工業(yè)以太網(wǎng)傳輸平臺示意Fig.1 Industrial ethernet transmission platform of Xingdong Mine

3.3 系統(tǒng)融合及應急聯(lián)動

升級后的安全監(jiān)控系統(tǒng)提供了多系統(tǒng)聯(lián)動功能，實現(xiàn)在瓦斯超限時，通過應急廣播系統(tǒng)播放撤離信息，通過人員定位系統(tǒng)發(fā)送撤離信號。通信、應急廣播、人員定位系統(tǒng)等須按照安全監(jiān)控系統(tǒng)提供的交互協(xié)議實現(xiàn)并提供接口，即可實現(xiàn)交互聯(lián)動。

由于邢東礦在用供電系統(tǒng)、應急廣播系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等不是同一廠家生產(chǎn)提供，邢東礦將對在用多系統(tǒng)實行地面融合，各系統(tǒng)按照安全監(jiān)控系統(tǒng)提供的交互協(xié)議實現(xiàn)并提供接口。

多系統(tǒng)聯(lián)動功能的條件、參數(shù)和應急方案由邢東礦根據(jù)實際情況設(shè)定。聯(lián)動控制邏輯模塊在監(jiān)測到超限并符合用戶設(shè)定的聯(lián)動條件時，系統(tǒng)不斷發(fā)出告警聲音，并彈出對話框由值班人員確認是否發(fā)出聯(lián)動控制信號。值班人員確定后，系統(tǒng)自動根據(jù)預設(shè)方案進行聯(lián)動控制，如圖2 所示。

圖2 KJ83X(A)系統(tǒng)融合平臺架構(gòu)Fig.2 KJ83X(A)system convergence platform architecture

4 升級改造安全監(jiān)控系統(tǒng)

4.1 安全監(jiān)控系統(tǒng)

邢東礦升級改造后使用的是煤炭科學技術(shù)研究院的KJ83X(A)型煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)中模擬量傳感器、開關(guān)量傳感器、控制量傳感器、電源箱全部采用CAN2.0B 數(shù)字總線傳輸數(shù)據(jù)；后備電源、分站全部采用數(shù)字化方式傳輸，所有設(shè)備全為數(shù)字化，一根線帶載能力強（5～10 個傳感器）；邢東礦監(jiān)測系統(tǒng)在冊使用的傳感器、分站的防護等級均達到了能夠滿足淋水環(huán)境下設(shè)備正常工作的要求；采用多主并發(fā)的通訊模式，系統(tǒng)巡檢及斷電時間大為縮短，系統(tǒng)在正常及異常情況下，巡檢周期不大于10 s，本地斷電時間不大于2 s，異地斷電時間最短縮至5 s，完全滿足相關(guān)文件要求。

4.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前邢東礦KJ83X(A)安全監(jiān)控系統(tǒng)采用千兆光纖環(huán)網(wǎng)進行多種傳輸結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 KJ83X(A)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置示意Fig.3 KJ83X(A)system structure layout

5 升級改造后運行現(xiàn)狀

邢東礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)升級改造后已穩(wěn)定運行一年多時間，各項功能使用正常無異常情況發(fā)生，但隨著監(jiān)測系統(tǒng)的運行目前發(fā)現(xiàn)2 大問題。一是抗干擾能力仍需加強。隨著煤礦采掘工作面智能化設(shè)備越來越大，設(shè)備越來越大，其相應產(chǎn)生電磁擾能力也在不斷增強，導致甲烷傳感器有誤報警現(xiàn)象偶爾發(fā)生，傳感器的中斷次數(shù)也隨著大型智能化設(shè)備的開啟頻繁而增加，造成安全監(jiān)測工的維修力度增大。針對此問題應該不斷升級傳感器版本，增強抗電磁干擾能力，減少誤報警次數(shù)和傳感器中斷次數(shù)。二是現(xiàn)在提倡的智能化礦山中智能化通風系統(tǒng)與安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)互動聯(lián)動缺失，缺少兩者之間的系統(tǒng)融合與控制，不能實現(xiàn)根據(jù)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)與通風系統(tǒng)設(shè)施實現(xiàn)聯(lián)動控制和預警閉鎖通風設(shè)施功能，不能實現(xiàn)智能化通風系統(tǒng)功能。針對此問題應該加強與監(jiān)測系統(tǒng)廠家聯(lián)系，增加多系統(tǒng)融合功能的擴展性和擴展接口，實現(xiàn)智能化系統(tǒng)融合。

6 結(jié) 語

邢東礦KJ83X(A)型安全監(jiān)控系統(tǒng)自改造后系統(tǒng)運行穩(wěn)定，順利通過了河北省煤監(jiān)局的升級改造驗收工作和河北省應急管理廳升級改造驗收再抽查工作。升級改造后的安全監(jiān)測系統(tǒng)是實現(xiàn)煤礦智能化、自動化的重要組成部分。邢東礦KJ83X(A)型安全監(jiān)控系統(tǒng)功能更加全面、數(shù)據(jù)處理能力更強，實現(xiàn)了多系統(tǒng)融合，為邢東礦安全作業(yè)工作提供強有力的保障。